[发明专利]CuO电极制备方法及电催化合成醇类化合物的应用

说明书

本发明公开了一种CuO电极制备方法及电催化合成醇类化合物的应用，其特点是采用Cu(NO₃)₂为铜源、苯均四甲酸和三乙烯二胺为双配体，通过水热一步法合成的前驱体经高温煅烧制得CuO电极材料，将其作为CO₂电还原合成乙醇和正丙醇的阴极材料。本发明与现有技术相比具有特殊的形貌、优良的化学催化性能，在电催化CO₂合成醇中表现出优异的选择性，原料易得，不污染环境，产率高，成本低，对温室效应气体CO₂进行了有效利用，是一种具有应用前景的理想的电化学催化材料。

技术领域

本发明涉及电化学有机合成技术领域，具体地说是一种CuO电极的制备方法及电催化合成醇类化合物的应用。

背景技术

石化燃料的大量使用，引起大气中CO₂含量升高，加剧了温室效应，同时CO₂作为丰富的C₁资源，CO₂的固定利用越来越受到人们的关注，如何高效绿色地利用CO₂成为热门的课题。乙醇和正丙醇作为常见的化学原料，也是重要的替代能源，电化学还原CO₂在常压温和的条件下将CO₂转化为能源原料，一方面降低了温室效应，另一方面也为缓解能源危机提供了一种方法，电催化还原CO₂制备醇类物质具有重要意义。Cu基催化剂被认为是对电化学还原CO₂反应有较高催化活性的催化剂(Gattrell, M., Gupta, N., Co, A., A Review ofthe Aqueous Electrochemical Reduction of CO₂ to Hydrocarbons at Copper. J.Electroanal. Chem. 2006, 594, 1−19. )。

现有技术的Cu基催化剂选择性差，其CO₂还原产物主要为气体，液体产物乙醇和丙醇的法拉第电流效率低。因此，通过Cu-based metal organic frameworks衍生得到的Cu/C、Cu-N-C、Cu₂O和CuO材料越来越被受关注。相比于一般Cu基催化剂，Cu-MOF衍生的Cu/C、Cu-N-C、Cu₂O和CuO材料因前驱体高度晶化、多孔结构和结构可调的特点而具有特殊性质，其表面积更大，具有孔结构和不同的形貌，显著扩大了应用领域和提高了催化活性。双配体前驱体煅烧得到的CuO电极，具有较大的比表面积和多种不同形貌可供选择，选择性好，法拉第电流效率高，是一种理想的电还原CO₂制备醇的电催化材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种CuO电极制备方法及电催化合成醇类化合物的应用，采用Cu(NO₃)₂为铜源、苯均四甲酸和三乙烯二胺为双配体，通过水热一步法合成的前驱体经高温煅烧制得CuO电极材料，将其作为CO₂电还原合成乙醇和正丙醇的阴极材料，具有特殊的形貌、优良的化学催化性能，在电催化CO₂合成醇中表现出优异的选择性，合成工艺简单、原料易得，不污染环境，产率高，成本低，是一种具有应用前景的理想的电化学催化材料。

实现本发明目的的技术方案是：一种CuO电极制备方法，其特点是以Cu(NO₃)₂为铜源、苯均四甲酸和三乙烯二胺为双配体，通过水热一步法合成的前驱体经高温煅烧为CuO电极材料，具体制备包括以下步骤：

a、前驱体的制备

将三水合硝酸铜与N,N-二甲基甲酰胺、苯均四甲酸和三乙烯二胺六水按1：50~60mL：0.27 ~ 6.70：0.14 ~ 3.55摩尔体积比混合，在100 ~ 140℃温度下反应6 ~ 96 h，反应液经乙醇抽滤洗涤后干燥得前驱体。

b、CuO电极材料的制备